一种燃料电池内部含水量估计方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种燃料电池内部含水量估计方法及系统，涉及燃料电池技术领域，包括如下步骤：S0：建立燃料电池观测用模型，从燃料电池观测用模型中选择参数作为系统状态变量，建立燃料电池内部水含量的状态空间方程；S1：结合燃料电池内部水含量的状态空间方程，建立包括非线性动态特征矩阵的燃料电池水分布模型；S2：设计误差注入项，并结合步骤S1中的燃料电池水分布模型，构建滑模观测器；S3：对燃料电池内部水含量进行估计；S4：根据观测结果选择性的更新步骤S1中的燃料电池水分布模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池内部含水量估计方法及系统。

技术介绍

1、对pemfc发电系统而言，水管理仍然是最重要的问题之一。为了保持高质子传导性必须确保膜充分水和，但是过量液态水的存在会限制反应气体进入电极，并导致显著的性能损失，影响系统寿命。因此，高精度、快速测量膜水含量对于 pemfc 的性能和使用寿命至关重要。

2、目前燃料电池内部水含量估计的方法主要分为侵入式和非侵入式两大类。其中基于电化学阻抗谱，弛豫时间分布技术和电子显微镜等侵入式方法需要使用较为精密的测量设备，设备体积较大，测量时间较长，无法在线辨识。而非侵入式方法主要有数据驱动和基于模型两种。其中数据驱动方法的预测精度依赖数据量大小，而且其数据大多也通过侵入式方法获取。目前，基于模型的方法有卡尔曼滤波观测器，滑模观测器等。卡尔曼滤波观测器对采样噪声非常敏感，对负载及模型不确定性的鲁棒性不强。滑模观测器为系统模型添加输出注入项以消除稳态误差，其预测精度高，鲁棒性强。但是现有观测器方法所用模型不够精确，没有考虑气体扩散层两相流传输机理。有限元的模型方法经常被用于刻画本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种燃料电池内部含水量估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池内部含水量估计方法，其特征在于，步骤S0的具体内容为，把阳极流道、阴极流道以及阳极、阴极催化剂层均看作边界点，沿质子传递方向建立一维燃料电池模型；基于一维燃料电池模型建立如下状态空间方程：，其中为阳极入口气体浓度，为阴极入口气体浓度，是在阳极流道的平均水蒸气密度和阳极催化剂层的膜态水含量约束下的阳极催化剂层的水通量，是在阴极催化剂层的膜态水含量和阴极流道的平均水蒸气密度的约束下的阴极催化剂层的水通量，是在阳极催化剂层的膜态水含量、阳极催化剂层和阴极催化剂层的中点对应的膜态水含量...

【技术特征摘要】

1.一种燃料电池内部含水量估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池内部含水量估计方法，其特征在于，步骤s0的具体内容为，把阳极流道、阴极流道以及阳极、阴极催化剂层均看作边界点，沿质子传递方向建立一维燃料电池模型；基于一维燃料电池模型建立如下状态空间方程：，其中为阳极入口气体浓度，为阴极入口气体浓度，是在阳极流道的平均水蒸气密度和阳极催化剂层的膜态水含量约束下的阳极催化剂层的水通量，是在阴极催化剂层的膜态水含量和阴极流道的平均水蒸气密度的约束下的阴极催化剂层的水通量，是在阳极催化剂层的膜态水含量、阳极催化剂层和阴极催化剂层的中点对应的膜态水含量和电堆电流约束下的膜内在阳极催化剂层产生的水通量，是在阴极催化剂层的膜态水含量、阳极催化剂层和阴极催化剂层的中点对应的膜态水含量和电堆电流约束下的膜内在阴极催化剂层产生的水通量，是的导数，是的导数，是的导数，是的导数，是阳极流道的进口流速；是阳极流道的出口流速；是阴极流道的进口流速；是阴极流道的出口流速；为催化剂层厚度，是流道的高度，是流道的长度，是干膜密度，是膜的等效摩尔质量，是法拉第常数。

3.根据权利要求2所述的一种燃料电池内部含水量估计方法，其特征在于，步骤s1的具体内容为，构建燃料电池水分布模型为：，其中表示系统状态变量，、、和为系统状态变量的元素；是对系统状态变量求导运算；、和为燃料电池水分布模型的非线性动态特征矩阵；、和分别表示输入、干扰项和输出项，， ， 。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池内部含水量估计方法，其特征在于，非线性动态特征矩阵分为纯气态水对应的v模式、气液态混合水且存在水蒸气不饱和区域的m模式和气液态混合水且水蒸气处于饱和的l模式；。

5.根据权利要求3所述的一种燃料电...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莉，李济森，陈启宏，赵东琦，周泽，张立炎，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：